c++ - 浮点定向舍入和优化

以下代码在不同的舍入模式下对同一表达式进行求值：

#include <iostream>
#include <fenv.h>
#pragma STDC FENV_ACCESS ON
#define SIZE 8

double foo(double * a, double * b){
    double sum = 0.0;
    for(unsigned int i = 0; i < SIZE; i++) {
        sum+= b[i] / a[i];
    }
    return sum;
}

int main() {
    double a[]={127, 131, 137, 139, 149, 151, 157, 163};
    double b[SIZE];

    for(unsigned int i = 0; i < SIZE; i++){
        b[i] = i+1;
    }

    printf("to nearest:   %.18f \n", foo(a, b));

    fesetround(FE_TOWARDZERO);
    printf("toward zero:  %.18f \n", foo(a, b));

    fesetround(FE_UPWARD);
    printf("to +infinity: %.18f \n", foo(a, b));

    fesetround(FE_DOWNWARD);
    printf("to -infinity: %.18f \n", foo(a, b));

    return 0;
}

当使用带有-O0选项的g ++进行编译时，输出如下：

to nearest:   0.240773868136782450
toward zero:  0.240773868136782420
to +infinity: 0.240773868136782560
to -infinity: 0.240773868136782420

但是，使用-O3选项进行编译时，我们有：

to nearest:   0.240773868136782480
toward zero:  0.240773868136782480
to +infinity: 0.240773868136782480
to -infinity: 0.240773868136782480

编译器：g++ (MinGW.org GCC-6.3.0-1) 6.3.0

为什么舍入模式不改变？如何解决？

（如果在fesetround循环的每个迭代中（在for函数内部）调用foo，则结果与任何编译标志都是正确的。）

UPD：我认为问题在于，正如@haneefmubarak在https://stackoverflow.com/a/26319847/2810512中指出的那样，编译器以编译类型计算fesetround的值。问题是如何预防。 （仅适用于一个命令fesetround，不适用于整个功能）。

我用__attribute__ ((noinline))编写了用于四舍五入例程的包装器，并在main函数中调用了它们：

void __attribute__ ((noinline)) rounddown(){
    fesetround(FE_DOWNWARD);
}

void __attribute__ ((noinline)) roundup(){
    fesetround(FE_UPWARD);
}

int main() {
    ...

    roundup();
    printf("to +infinity: %.18f \n", foo(a, b));

    rounddown();
    printf("to -infinity: %.18f \n", foo(a, b));
    ...
}

但这行不通。有任何想法吗？

UPD2：一个更清晰的示例：

Correct rounding (-O0)

Failed rounding (-03)

很容易看到确切的结果：

2/3 + 2/5 + 4/7 + 4/11 = 2.0017316017316017316...

最佳答案

根据问题作者的评论，他们使用的编译器不支持#pragma STDC FENV_ACCESS ON并显示警告。

该代码可能会在未优化的版本中“起作用”，因为fesetround确实会更改硬件中的舍入模式，并且编译器会以源代码所表示的名义顺序发出直接执行操作的代码。

优化的代码不起作用的原因可能包括：


编译器在编译时会执行一些算术运算，而忽略fesetround调用。
在优化期间，编译器会对操作进行重新排序，可能以与源代码所示顺序不同的顺序执行算术运算和fesetround调用。 fesetround调用甚至可以完全删除。


C语言中可能没有针对此问题的修复程序。如果编译器不支持访问浮点环境，则可能没有办法强制其生成必要的代码。声明某些对象volatile可能会强制某些操作在执行时按所需顺序执行，但是编译器可能仍根据这些操作对fesetround进行重新排序，具体取决于内置了哪些有关fesetround的信息。

可能需要使用汇编语言以所需的舍入模式执行浮点运算。

关于c++ - 浮点定向舍入和优化，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/52950747/